Sljedeća generacija bežične tehnologije puna je izazova, ali to nije usporilo tempo.
Ova se tehnologija može pohvaliti vrlo visokim brzinama prijenosa podataka, mnogo nižom latencijom od 4G LTE i sposobnošću rukovanja znatno povećanom gustoćom uređaja po ćelijskom mjestu.Ukratko, to je najbolja tehnologija za rukovanje poplavom podataka koje generiraju automobilski senzori, IoT uređaji i, sve više, elektronika sljedeće generacije.
Pokretačka snaga ove tehnologije je novo zračno sučelje koje će operaterima mobilnih mreža omogućiti veću učinkovitost sa sličnom raspodjelom spektra.Nova mrežna hijerarhija olakšat će rad sa segmentiranim 5G mrežama dopuštajući vam dinamičku dodjelu više vrsta prometa na temelju specifičnih prometnih potreba.
"Radi se o propusnosti i kašnjenju", rekao je Michael Thompson, arhitekt za RF rješenja u Cadenceovoj grupi za prilagođene IC-ove i PCB-ove.“Koliko brzo mogu dobiti veliku količinu podataka?Još jedna prednost je to što je ovo dinamički sustav, tako da mi štedi probleme oko povezivanja cijelog kanala ili višestrukih kanala propusnosti.Ovo je slično propusnosti na zahtjev, ovisno o aplikaciji.To je što.Stoga je fleksibilniji od standarda prethodne generacije.Osim toga, njegov kapacitet je puno veći.”
To otvara nove mogućnosti primjene u svakodnevnom životu, na sportskim događajima, u industriji i transportu.“Ako postavim dovoljno senzora u avion, mogu ga kontrolirati, a uz aplikaciju kao što je strojno učenje, počet će razumjeti kada dio, sustav ili proces treba popraviti ili zamijeniti”, rekao je Thompson.“Dakle, postoji zrakoplov koji leti kroz zemlju i sletjet će u LaGuardiju.Čekaj, doći će netko i zamijeniti ga.To vrijedi za vrlo veliku opremu za zemljane radove i rudarsku opremu gdje se sustav brine sam za sebe.Želite spriječiti da se ova oprema jedinica vrijedna više milijuna dolara sruši kako ne bi stajale tamo čekajući da se dijelovi pošalju. Primat ćete podatke od tisuća ovih jedinica u isto vrijeme. Za to je potrebna velika propusnost i niska latencija za brzo dobivanje informacija. Ako se trebate okrenuti i poslati nešto natrag, također to možete poslati vrlo brzo.”
Jedna tehnologija, više implementacija Termin 5G se ovih dana koristi na razne načine.U svom najopćenitijem obliku, ovo je evolucija mobilne bežične tehnologije koja će omogućiti upravljanje novim uslugama preko standardnog zračnog sučelja, objasnio je Colin Alexander, direktor bežičnog marketinga za Armovo infrastrukturno poslovanje."Nekoliko postojećih i novih frekvencija bit će dodijeljeno za prijenos prometa ispod 1 GHz na velike udaljenosti, prigradske i šire pokrivenosti, te promet milimetarskih valova od 26 do 60 GHz za nove slučajeve korištenja velikog kapaciteta i niske latencije."
Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) i drugi razvili su notaciju koja prikazuje slučajeve upotrebe na tri točke trokuta - jedan kut za poboljšanu mobilnu širokopojasnu vezu, drugi za ultra-pouzdanu komunikaciju niske latencije (URLLC).Vrsta komunikacijskog stroja.Svaki od njih zahtijeva potpuno drugačiji tip mreže za svoje potrebe.
"To dovodi do još jednog zahtjeva za 5G, zahtjeva za definiranjem jezgrene mreže", rekao je Alexander."Jezgrena mreža će učinkovito skalirati sve te različite vrste prometa."
Napomenuo je da operateri mobilnih mreža rade na pružanju najfleksibilnije nadogradnje i proširenja svojih mreža, koristeći virtualizirane i kontejnerske softverske implementacije koje rade na standardnom računalnom hardveru u oblaku.
Što se tiče URLLC tipova prometa, ovim se aplikacijama sada može upravljati iz oblaka.Ali to zahtijeva pomicanje nekih kontrola i korisničkih funkcija bliže rubu mreže, zračnom sučelju.Na primjer, razmislite o inteligentnim robotima u tvornicama koje zahtijevaju mreže niske latencije zbog sigurnosti i učinkovitosti.To će zahtijevati rubne računalne blokove, svaki s mogućnostima računanja, pohrane, ubrzanja i strojnog učenja, te da će neke, ali ne sve V2X i automobilske aplikacijske usluge imati slične zahtjeve, kaže Alexander.
”U slučajevima kada je potrebna niska latencija, obrada se ponovno može premjestiti na rub radi izračunavanja i komunikacije V2X rješenja.Ako se aplikacija više bavi upravljanjem resursima, kao što je parkiranje ili praćenje proizvođača, računalstvo može biti masovno računalstvo u oblaku.”na uređaju", rekao je.
Projektiranje za 5G Za inženjere dizajna zadužene za dizajniranje 5G čipova, postoji mnogo pokretnih dijelova u slagalici, svaki sa svojim skupom razmatranja.Na primjer, kod baznih stanica jedan od glavnih problema je potrošnja energije.
"Većina baznih stanica dizajnirana je s naprednim ASIC i FPGA tehnološkim čvorovima", rekao je Geoff Tate, izvršni direktor Flex Logixa.“Trenutno su dizajnirani pomoću SerDesa, koji troše puno energije i zauzimaju puno prostora.Ako možete ugraditi programibilnost u ASIC, možete smanjiti potrošnju energije i otisak jer vam ne trebaju SerDes za brzi rad izvan čipa i imate veću propusnost između programabilne logike i ASIC-ova, Intel to čini stavljanjem svojih Xeona i Altere FPGA u isti paket Dakle, dobivate 100 puta veću propusnost. Zanimljivosti o baznim stanicama Prvo, razvijete tehnologiju, a zatim je možete prodavati i koristiti u cijelom svijetu.S mobilnim telefonom možete izraditi različite verzije za različite zemlje.”
Zahtjevi su različiti za uređaje postavljene u jezgrenoj mreži iu oblaku.Jedno od ključnih razmatranja je arhitektura koja olakšava upravljanje softverom i jednostavno prenošenje slučajeva upotrebe na uređaje.
"Ekosustav standarda za rukovanje virtualiziranim kontejnerskim uslugama kao što je OPNFV (Otvorena platforma za virtualizaciju mrežnih funkcija) vrlo je važan", rekao je Alexander iz Arma.“Upravljanje interakcijom između mrežnih elemenata i prometom između uređaja kroz usklađivanje usluga također će biti ključno.ONAP (Open Network Automation Platform) je primjer.Potrošnja energije i učinkovitost uređaja također su ključni izbori dizajna.”
Na rubu mreže zahtjevi uključuju nisku latenciju, visoku propusnost na razini korisnika i nisku potrošnju energije.
"Akceleratori moraju biti u mogućnosti jednostavno podržati mnoge različite računalne zahtjeve koje CPU opće namjene ne može uvijek najbolje ispuniti", rekao je Alexander.Sposobnost skaliranja vrlo je važna.Podrška za arhitekturu koja se može lako skalirati između ASIC-ova, ASSP-ova i FPGA-ova također je važna, jer će rubno računalstvo biti distribuirano preko mreža bilo koje veličine i na bilo kojem uređaju.Skalabilnost softvera također je važna.”
5G bi također mogao uzrokovati promjene u arhitekturi čipseta, posebno gdje se nalaze radijski uređaji.Ron Lowman rekao je da dok su analogni prednji krajevi LTE rješenja postavljeni na radio, procesor ili potpuno integrirani, kada dizajnerski timovi migriraju na nove tehnologije, ti prednji krajevi obično prvo izlaze iz čipa, a zatim se vraćaju na njega .kako tehnologija napreduje He, upravitelj strateškog marketinga Synopsys IoT.
"S dolaskom 5G, očekuje se da će više radija, naprednije tehnologije i brži, napredniji tehnološki čvorovi kao što su 12nm i noviji igrati značajnu ulogu u integriranim komponentama", rekao je Lowman.„Ovo zahtijeva da pretvarači podataka koji ulaze u analogno sučelje mogu obraditi gigasamplove u sekundi.Visoka pouzdanost također je uvijek važna.Čimbenici poput otvorenog spektra i korištenja Wi-Fi-ja čine ga mnogo težim nego što je bio u prošlosti.Pokušati se nositi sa svime time nije lak zadatak, a strojno učenje i umjetna inteligencija mogu biti prikladni za obavljanje dijela teškog posla.To zauzvrat utječe na arhitekturu jer opterećuje ne samo obradu, već i memoriju.”
Thompson iz Cadencea se slaže.“Dok razvijamo 5G ili IoT za više standarde 802.11, pa čak i neka razmatranja ADAS-a, pokušavamo smanjiti potrošnju energije, biti jeftiniji, biti manji i povećati performanse prelaskom na manje čvorove.Usporedite to s vašom mješavinom zabrinutosti, promatranom u Ruskoj Federaciji”, rekao je.“Kako čvorovi postaju manji, IC-ovi postaju manji.Kako bi IC u potpunosti iskoristio svoju manju veličinu, mora biti u manjem pakiranju.Postoji pritisak da stvari budu manje i kompaktnije, ali to nije dobra stvar.”za RF dizajn”.“…u simulaciji, ne brinem previše o učinku kruga na distribuciju.Ako imam komad metala, možda će pomalo izgledati kao otpornik, ali izgleda kao otpornik na svim frekvencijama.Ako je to RF efekt, onda je to prijenosna linija, izgledat će drugačije ovisno o frekvenciji koju šaljem preko nje. Ova polja će se pokrenuti u drugim dijelovima lanca. Sada sam sve skupio bliže jedno drugome i kada radi, Stupanj veze raste eksponencijalno. Kada dođem do manjih čvorova, ti efekti spajanja postaju izraženiji, što također znači da je prednapon manji. Dakle, buka je veliki učinak jer ne smanjujem prednapon uređaja. niži napon, ista razina buke ima veći učinak. Mnogi od ovih problema prisutni su na razini sustava u 5G.”
Novi fokus na pouzdanost Pouzdanost je dobila novo značenje u bežičnim komunikacijama jer se ovi čipovi koriste u automobilskoj, industrijskoj i medicinskoj primjeni.Ovo općenito nije povezano s bežičnom komunikacijom, gdje se kvarovi veze, degradacija performansi ili bilo koji drugi problem koji bi mogao poremetiti uslugu općenito smatra neugodnošću, a ne sigurnosnim problemom.
"Moramo pronaći nove načine da provjerimo hoće li funkcionalni sigurnosni čipovi raditi pouzdano", rekao je Roland Jahnke, voditelj metoda dizajna u Fraunhofer EAS-u.“Kao industrija, još nismo tamo.Upravo sada pokušavamo strukturirati razvojni proces.Moramo pogledati kako dijelovi i alati međusobno djeluju i imamo puno posla kako bismo osigurali dosljednost.”
Jahnke je primijetio da je do sada većina problema nastala zbog jedne greške u dizajnu.“Što ako postoje dvije ili tri bube?Verifikator bi trebao reći dizajneru što bi moglo poći po zlu i gdje su greške, a zatim ih vratiti tijekom procesa dizajna.”
Ovo je postalo veliki problem na mnogim tržištima koja su kritična za sigurnost, a veliki problem s bežičnom vezom i automobilskom industrijom je sve veći broj varijabli na obje strane."Neke od njih moraju biti dizajnirane da uvijek budu uključene", kaže Oliver King, tehnički direktor tvrtke Moortec.“Modeliranje unaprijed može predvidjeti kako će se stvari koristiti.Teško je predvidjeti.Trebat će vremena da vidimo kako stvari funkcioniraju.”
Potrebna je seoska mreža.Međutim, dovoljno tvrtki smatra da 5G ima dovoljno prednosti da opravda napore u izgradnji infrastrukture potrebne da bi sve funkcioniralo.
Magdi Abadir, potpredsjednik marketinga u Helicu, rekao je da će najveća razlika u odnosu na 5G biti ponuđene podatkovne brzine.“5G može raditi pri brzinama od 10 do 20 gigabita u sekundi.Infrastruktura mora podržavati vrstu brzine prijenosa podataka, a čipovi moraju obraditi te dolazne podatke.Za prijemnike i odašiljače u opsezima iznad 100 GB, frekvencija se također mora uzeti u obzir.U Ruskoj Federaciji su navikli na frekvenciju od 70 GHz za radare i slično.”
Stvaranje ove infrastrukture složen je zadatak koji obuhvaća nekoliko karika u lancu opskrbe elektronikom.
"Čarolija o kojoj se govori kako bi se ovo dogodilo je pokušaj više integracije na RF strani SoC-a", rekao je Abadir.Integracija s analognim ADC i DAC komponentama s vrlo visokom stopom uzorkovanja.Sve mora biti integrirano u isti SoC.Vidjeli smo integraciju i raspravljali o problemima integracije, ali ovo sve preuveličava jer postavlja visoke ciljeve i tjera programere da integriraju čak i više nego što se mislilo.Vrlo je teško sve izolirati i ne utjecati na susjedne krugove.”
S ove točke gledišta, 2G je prvenstveno prijenos glasa, dok su 3G i 4G više prijenosa podataka i učinkovitija podrška.Naprotiv, 5G predstavlja proliferaciju različitih uređaja, različitih usluga i povećanu propusnost.
"Novi modeli korištenja kao što su poboljšana mobilna širokopojasna veza i povezivanje s malim kašnjenjem zahtijevaju 10x povećanje propusnosti", rekao je Mike Fitton, stručnjak za strateško planiranje i poslovni razvoj u Achronixu.“Osim toga, očekuje se da će 5G postati vrlo važan za V2X, posebno za sljedeću generaciju 5G.5G Release 16 će imati URLLC što je vrlo važno za V2X aplikacije.Aplikacija vrste mreže.
Na planiranje neizvjesne budućnosti 5G često se gleda kao na niz superlativa s 10x većom propusnošću, 5x latencijom i 5-10x više uređaja.Ovo je komplicirano činjenicom da tinta u 5G specifikacijama nije jako suha.Uvijek postoje kasni dodaci koji zahtijevaju fleksibilnost i pretvaraju se u programabilnost.
„Ako uzmete u obzir dvije velike potrebe hardverske podatkovne veze zbog velike propusnosti i potrebe za fleksibilnošću, to znači da ćete vjerojatno trebati neku vrstu namjenskog SoC-a ili ASIC-a koji ima veću mogućnost programiranja između hardvera i softvera....ako danas pogledate svaku 5G platformu, sve se temelje na FPGA jer jednostavno ne vidite propusnost.U nekom trenutku će svi glavni proizvođači bežične opreme vjerojatno prijeći na ekonomičniju i optimiziranu softversku ASIC snagu, ali potrebna je fleksibilnost i poticaj da se smanje troškovi i potrošnja energije.Radi se o zadržavanju fleksibilnosti tamo gdje vam je potrebna (u FPGA ili ugrađenim FPGA) i zatim dodavanju funkcionalnosti gdje je to moguće kako bi se postigla najniža cijena i potrošnja energije.”
Tate of Flex Logix se slaže.“Na ovom području djeluje više od 100 tvrtki.Spektar je drugačiji, protokol je drugačiji, a čipovi koji se koriste su drugačiji.Čip repetitora bit će ograničeniji u snazi na zidovima zgrade, gdje bi moglo postojati mjesto gdje je eFPGA vredniji.”
Povezane priče Kameniti put do 5G Koliko daleko će ići ova nova bežična tehnologija i koji izazovi još treba prevladati?Testiranje bežične mreže suočava se s novim izazovima Pojava 5G i drugih novih bežičnih tehnologija dodatno otežava testiranje.Bežično testiranje je jedno od mogućih rješenja.Razgovor o tehnologiji: Što 5G, novi bežični standard, znači za tehnološku industriju i koji izazovi stoje pred nama.Počinje utrka za testiranje 5G opreme Sljedeća generacija bežične tehnologije još je u razvoju, ali dobavljači opreme spremni su testirati 5G u pilot implementacijama.
Industrija je napredovala u razumijevanju kako starenje utječe na pouzdanost, ali više varijabli otežava popravljanje.
Grupa istražuje potencijal 2D materijala, NAND memorije od 1000 slojeva i nove načine zapošljavanja talenata.
Heterogena integracija i sve veća gustoća u prednjim čvorovima predstavljaju neke izazovne i zastrašujuće izazove za IC proizvodnju i pakiranje.
Validacija procesora puno je teža od ASIC-a usporedive veličine, a RISC-V procesori dodaju još jedan sloj složenosti.
127 startupa prikupilo je 2,6 milijardi dolara, uz značajna sredstva prikupljena povezivanjem podatkovnih centara, kvantnim računalstvom i baterijama.
Industrija je napredovala u razumijevanju kako starenje utječe na pouzdanost, ali više varijabli otežava popravljanje.
Heterogeni dizajni, toplinska neusklađenost u različitim slučajevima upotrebe mogu utjecati na sve, od ubrzanog starenja do savijanja i kvara sustava.
Novi memorijski standard donosi značajne prednosti, ali je i dalje skup i težak za korištenje.Ovo se može promijeniti.
Vrijeme objave: 16. ožujka 2023